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分子动力学法碳纳米管及碳纳米管探针特性分析

周明岳  
【摘要】:分子动力学(MD)方法是应用最广的计算机纳米力学数值模拟方法,理论发展较快,运用这种方法能够获得原子运行轨迹,以及系统的力学、热学和动力学特性。碳纳米管((CNTs)具有优越的物理和化学性能,因而具有良好的应用前景。为了更好的了解其特性,进入微观领域的研究十分必要,这使得分子动力学方法成为研究碳纳米管的有力工具。本文采用分子动力学方法,运用Tersoff多体势函数对碳纳米管以及碳纳米管探针的特性进行了探讨,具体工作如下: 1.综述了碳纳米管以及分子动力学相关领域的发展状况,阐述课题的目的和意义,明确了本文的研究内容; 2.简述了分子动力学基本原理,解析了分子动力学势函数的不同,介绍了本文建模以及计算方法; 3.针对不同螺旋角,不同直径,不同层数的碳纳米管进行了仿真模拟,在微观的原子尺度分析了碳纳米管拉伸和压缩屈曲的变形机制,给出拉伸速率、温度以及弛豫时间等对碳纳米管性能的影响规律; 4.在碳纳米管模型中构造了典型缺陷,模拟了具有缺陷的碳纳米管变形过程,得出了不同类型的缺陷对碳纳米管性能的影响机制;针对双层的碳纳米管,给出了缺陷在内层和外层对碳管性能的不同影响规律; 5.构建了不同类型的碳纳米管探针模型,针对不同类型的碳纳米管探针,研究了探针受到横向力的变形过程,建立了探针的扫描模型,给出减小探针纵向波动而提升分辨率的方法。


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